особенности межэлементных взаимодействий в организме

Барабаш А.А., Мирошникова Е.П., Гречушкин А.И., Сипайлова О.Ю.
ГОУ ВПО «Оренбургского государственного университета», Институт биоэлементологии
ОСОБЕННОСТИ МЕЖЭЛЕМЕНТНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В ОРГАНИЗМЕ
ЖИВОТНЫХ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ НУТРИЕНТНОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ
В ходе исследований по оценке влияния ферментных препаратов на обмен химических элемен5
тов в организме карпа и кур5несушек выявлены достоверные изменения концентраций в теле живот5
ных кобальта, никеля, свинца и т. д. Установлены специфические особенности межэлементных вза5
имодействий в организме, выражающиеся в снижении числа отрицательных корреляционных свя5
зей между массами элементов в 354 раза. Наличие экзогенных энзимов в рационе приводит к ниве5
лированию действия колебаний уровня белка в рационе карпа на обмен макроэлементов.
Химические элементы являются жизненно
важными компонентами пищи гетеротрофов,
необходимыми для построения структур живых
тканей и осуществления важнейших биохими
ческих и физиологических процессов, лежащих
в основе жизнедеятельности организма. Адек
ватное содержание и состав химических элемен
тов являются важнейшим базовым элементом
гомеостаза живых организмов [1, 2, 3].
В силу целого ряда объективных причин
обмен отдельных химических элементов в орга
низме животного невозможен без специфичес
ких взаимодействий с другими элементами по
причине их лабильности и способности к обра
зованию связей. Подтверждением этого явля
ется значительный багаж знаний, накопленных
современной наукой [4, 5, 6, 7].
Межэлементные взаимодействия в мета
болизме могут осуществляться через реакцию
элементов с металлотионинами, сродство ко
торых, например, к Cu, Zn и Cd различно.
В этой связи введение Fe повышает всасыва
ние в кишечнике Zn, Pb и Cd, а увеличение со
держания Mo является причиной недостаточ
ности Cu и т. д. [8].
Между тем в силу тесной зависимости фер
ментативных процессов в организме животно
го от нутриентной обеспеченности межэлемен
тные взаимодействия могут рассматриваться
как специфические характеристики метаболиз
ма во всех его сложных проявлениях. В каче
стве подтверждения этого могут рассматривать
ся следующие материалы.
Материалы и методы. Исследования
были выполнены на модели карпа и кур. Экс
периментальные исследования на рыбе про
ведены в условиях аквариумного стенда, со
стоящего из 6 аквариумов по 0,3 м3 каждый,
оборудованных системой фильтрации и на
72
ВЕСТНИК ОГУ №12/ДЕКАБРЬ`2008
сыщения воды кислородом, при температуре
воды 28 ± 1°С.
Схема выполнения обоих опытов была
сходной – из 180 годовиков карпа навеской
20–30 г методом аналогов было сформировано
шесть групп (n=30), которых в течение 30 суток
содержали в одинаковых условиях. Затем в
I опыте особей I и II групп перевели на рацион
с содержанием протеина 40–42% (рецепт
РГМ8В), III и IV – 32–35%, V и VI – 25–27%.
Во II опыте – 25–27, 18–20 и 11–13% соответ
ственно. При этом особи II, IV и VI групп до
полнительно получали ферментный препарат
Амилосубтилин Г3х в количестве 0,05%.
Ферментный препарат Амилосубтилин
Г3х – мультиэнзимный комплекс, полученный
на основе бактериальной культуры Bac. subtilis,
стандартизируется по амилолитической актив
ности (540660 ед/г), содержит протеазы с со
вокупной активностью не менее 4,6 ед/г [9].
Условия содержания и кормления карпа
регламентировались рыбоводнобиологичес
кими нормативами, рекомендованными
ВНИИПРХа (1986).
Исследования на курах выполнены на мо
дели кур родительского стада породы плимут
рок линии С4 кросса бройлеров Смена. С этой
целью было сформировано две группы недель
ных курочек породы плимутрок (n=50), кото
рые в течение двух недель содержались в усло
виях подготовительного периода и 60 недель
учетного периода на рационах, различавшихся
наличием ферментного препарата –
МЭКЦГАП, вводимого в дозе 0,1%. Mульти
энзимная композиция с целлюлазной, вглюка
назной, амилолитической и протеолитической
активностью соответственно в 10 МЕ/г, 100, 100
и 2 ед./г. По химическому составу данный пре
микс состоял из 85,3% золы, 9,5 протеина и 5,2%
безазотистых экстрактивных веществ.
Барабаш А.А., и др.
Особенности межэлементных взаимодействий в организме животных...
Элементный состав биосубстратов оцени
вали в лаборатории АНО «Центр биотической
медицины», г. Москва (аттестат аккредитации
ГСЭН.RU.ЦОА.311). Определение элементно
го состава оцениваемых биосубстратов произво
дили методами атомноэмиссионной и массспек
трометрии с индуктивно связанной аргоновой
плазмой на приборах Optima 2000 DV и ELAN
9000 (Perkin Elmer, США). Пробоподготовка осу
ществлялась методом микроволнового разложе
ния на приборе Multi WAWE 3000, A. Paar.
Основные данные, полученные в опыте,
были подвергнуты статистической обработке по
Г.Ф. Лакину [10].
Результаты исследований. Наличие фер
ментного препарата в рационе сопровождалось
достоверными изменениями в элементном со
ставе тканей подопытных животных (табл. 1).
Оценка достоверных различий между срав
ниваемыми группами по содержанию химичес
ких элементов позволила выявить сходные из
менения в метаболизме в организме кур и кар
Таблица 1. Содержание химических элементов в теле подопытных животных
на момент окончания исследований, мг/кг
Исследования на моделях
карпа
Элемент
кур
группа
контрольная^
опытная^
контрольная
опытная
Ca
6 169±91,4
5 740±151,7*
10 700±400,0
10 100±100,0
K
2 636±31,0
2 394±37,5***
1 700±180,0
1 600±40,0
Mg
259±3,2
246±4,8*
600±20,0
500±10,0
Na
925±10,6
1 022±14,9***
1 100±130,0
1 000±180,0
P
4 182±53,2
4 022±81,0
6 100±200,0
5 700±100,0
As
0,053±0,0007
0,050±0,0007*
0,053±0,0017
0,053±0,0103
Co
0,016±0,0003
0,015±0,0003**
0,022±0,0007
0,018±0,0005*
Cr
0,17±0,005
0,12±0,002***
0,081±0,0007
0,081±0,0018
Cu
1,2±0,06
1,1±0,06
0,86±0,017
0,81±0,028
Fe
18,5±0,48
18,2±0,40
28,1±0,45
24,7±0,40*
I
1,0±0,02
1,3±0,03***
0,31±0,004
0,30±0,007
Li
0,0054±0,00006
0,0063±0,00010***
–
–
Mn
0,82±0,010
0,79±0,014
0,82±0,024
0,71±0,008**
Ni
0,24±0,003
0,22±0,005***
0,41±0,017
0,32±0,009*
Se
0,20±0,004
0,22±0,004**
0,25±0,008
0,28±0,028
Si
4,4±0,08
5,3±0,11***
–
–
V
0,033±0,0006
0,031±0,0005
0,018±0,0008
0,011±0,0003*
Zn
55,8±1,34
56,4±1,31
26,8±0,57
27,0±0,75
Al
3,0±0,09
3,2±0,06
4,5±0,15
3,7±0,14**
Cd
0,016±0,0009
0,018±0,0011
0,043±0,0019
0,045±0,0015
Hg
0,012±0,0001
0,011±0,0002**
–
–
Pb
0,033±0,0004
0,043±0,0008***
0,041±0,0011
0,033±0,0007**
Sn
0,09±0,001
0,032±0,0004***
–
–
Sr
11,3±0,17
10,1±0,26**
3,6±0,11
3,4±0,09
Примечание: достоверные различия по отношению к контролю
^ обобщенные данные по I и II опыту для: контрольной по I, III и V группам, опытной по II, IV и VI группам
* – Р≤0,05; ** – Р≤0,01; *** – Р≤0,001
ВЕСТНИК ОГУ №12/ДЕКАБРЬ`2008
73
Экология животных, зоология, животноводство
па. Так, присутствие в рационе ферментных
препаратов сопровождалось снижением кон
центрации кобальта и никеля на 6,7 (P<0,01) и
9,1% (P<0,001) для карпа, 16,8 (P<0,05) и 28,8
(P<0,05)% для кур. Помимо этих показателей
имело место снижение концентраций целого
ряда других элементов.
В литературе имеются данные о позитив
ном влиянии ферментных препаратов на усво
яемость отдельных минеральных веществ из
корма [11].
Вместе с тем существуют данные, соглас
но которым присутствие ферментных препа
ратов в рационе может сопровождаться и сни
жением биологической доступности отдельных
элементов питания (в т. ч. Cu, Fe, Zn и т. д.),
что на фоне повышения интенсивности пото
ка всасывающихся нутриентов способно ниве
лировать эффекты от применения данных ком
плексов [12, 13].
Причем достоверное снижение концентра
ции железа в тканях тела опытных курнесу
шек сопровождалось меньшим выходом данно
го элемента с яйцом на 9,8%. Сходные различия
по свинцу составили 23,4%. Между тем расхож
дения по выведению Mn, Co, Ni и V с яйцом за
опыт были незначительные – 2,44,9%.
Однако по целому ряду показателей ис
пользование ферментных препаратов на моде
лях карпа и кур сопровождалось различными
эффектами. В частности, действие МЭКЦГАП
было сопряжено с достоверным снижением свин
ца на 20% (P<0,01) в теле кур, тогда как скарм
ливание Амилосубтилина привело к достовер
ному увеличению удельного содержания этого
элемента на 30% (P<0,001) в тканях тела рыбы.
Рассматривая межэлементные взаимо
действия в организме животных, возникаю
щие на фоне скармливания ферментного пре
парата, можно отметить, что из общего числа
достоверных корреляционных связей между
массами химических элементов в теле рыбы
по контрольным группам (I, III, V) обоих
опытов на долю отрицательных приходилось
50%, тогда как по опытным группам – только
8,3%, причем подавляющее число случаев
было связано с обменом токсических элемен
тов. В частности, в контроле только в 9% ва
риантов отмечалась отрицательная корреля
ция между эссенциальными элементами: в
парах «Si – Ni» (r=0,94) и «Si – Se» (r=0,94).
74
ВЕСТНИК ОГУ №12/ДЕКАБРЬ`2008
Для опытных групп ни одного подобного рода
взаимодействий не обнаружено.
Действие мультиэнзимного комплекса на
обмен отдельных элементов в организме карпа
было наиболее выражено для трех токсических
элементов – серебро, свинец и стронций, обмен
которых изменяется в контексте взаимодействия
с метаболизмом других веществ. В частности,
общая масса стронция в тканях тела опытной
рыбы достоверно коррелирует с фосфором
(r=0,97), кобальтом (r=0,99), марганцем
(r=0,95) и никелем (r=0,97). В то же время на
фоне контрольного рациона ни одной достовер
ной корреляционной связи стронция с другими
веществами не обнаружено.
Совсем поиному представляются взаимо
связи серебра на фоне дачи энзимов. В частно
сти, характеристики обмена данного элемента с
другими веществами по контрольной группе
описываются шестью достоверными корреляци
ями Ag – Mg (r=1,0), Ag – Co (r=0,95), Ag – Cr
(r=0,99), Ag –Cu (r=0,99), Ag –Mn (r=0,99),
Ag –Pb (r=0,94).
Присутствие энзимов в рационе привело к
появлению достоверной корреляционной связи
между уровнем серебра и калия в тканях тела. При
этом имевшие место взаимосвязи серебра с хро
мом (r=0,99) и медью (r=0,99) в условиях введе
ния в рацион Амилосубтилина уже не выявля
лись, коэффициенты корреляции между данны
ми признаками составляли (r=0,04; r=0,23).
Определенный интерес представляют дан
ные о корреляционных связях между уровнем
протеина в рационе и содержанием отдельных
элементов в тканях рыбы.
Изменение уровня протеина в опытных
рационах с 4042 до 1115% в контрольных груп
пах было сопряжено положительными связями
с обменом йода (r=0,96) в организме подопыт
ного карпа (табл. 2).
Имели место отрицательные корреляцион
ные связи количества поступающего белка с
пулом кальция в организме (r=0,988), калия
(r=0,965), цинка (r=0,975) и стронция
(r=0,999). Как ни парадоксально, простое вве
дение ферментного препарата свело к миниму
му все эти взаимодействия, и только одна зави
симость уровня протеина в рационе и количе
ства кальция в теле рыбы сохранилась (r=
0,998). Следует отметить, что эта закономер
ность тривиальна, ибо разворачивается по
Барабаш А.А., и др.
Особенности межэлементных взаимодействий в организме животных...
принципу «больше белка в рационе – больше
скорость роста – меньше доля костной ткани в
живой массе – меньше удельная доля кальция».
Действие Аминосубтилина Г3х по отноше
нию к обмену свинца выражалось в ослабле
нии антагонизма данного элемента с кальци
ем. В частности, если в контрольных группах
коэффициент корреляции между уровнем
кальция и свинца в тканях тела рыбы дости
гал r=0,96 (P<0,05), то присутствие фермент
ного препарата в рационе сопровождалось сни
жением «r» до недостоверных значений. Необ
ходимо отметить, что помимо пары «Pb – Ca»
действие ферментов сопровождалось нивели
рованием взаимодействий между Pb и Ag. Так,
наличие достоверной связи между этими эле
ментами в организме карпа I, III и V групп не
было подтверждено для II, IV, VI групп обоих
экспериментов.
Ранее в работах Мирошникова С.А. и др.
[14], Сухановой О.Н. [15] уже описано анало
гичное действие ферментного препарата по от
ношению к обмену свинца.
Вместе с тем дача энзимов рыбе обуслови
ла проявление новых взаимодействий уровня
протеина в рационе и натрия (r=0,948), ко
бальта (r=0,965), никеля (r=0,952), свинца
(r=0,987). Причем, как следует из анализа кор
реляционных связей, между уровнем элемен
тов в корме и их содержанием в теле рыбы толь
Таблица 2. Корреляция между уровнем протеина
в рационе и содержанием отдельных элементов
в тканях тела рыбы, n=10 (r критич. = 0,94)
Элемент
Ca
K
Na
Co
I
Ni
Zn
Cd
Pb
Sr
Группа
I, III, V
Макроэлементы
-0,988*
-0,965*
-0,170
Эссенциальные элементы
-0,738
0,970*
-0,079
-0,975*
Токсические элементы
0,963*
-0,182
-0,999*
II, IV, VI
-0,998*
0,660
-0,948*
-0,965*
-0,188
-0,952*
-0,649
0,935
-0,987*
-0,933
ко одна из ферментобусловленных связей ста
ла следствием увеличения количества оцени
ваемого вещества в корме. Возможно, что это
было связано с поступлением кобальта. Коэф
фициент корреляции для содержания данного
вещества в корме и рыб составил r=0,993.
Таким образом влияние ферментного пре
парата на элементный статус карпа и кур со
пряжено с изменениями специфики обмена хи
мических элементов в организме, что необходи
мо учитывать при разработке мероприятий по
оптимизации ферментсодержащих диет сельс
кохозяйственных животных.
Список использованной литературы:
1. Агаджанян Н.А., Северин А.Е. Адаптация и экология человека: роль микроэлементов // Материалы II Российской школы
«Геохимическая экология и биогеохимическое районирование биосферы, 2528 января 1999. – М., 1999. – С. 168169.
2. Доронин А.Ф., Шендеров Б.А. Функциональное питание. – М.: Издво «Грантъ», 2002. – 296 с.
3. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. – М.: Изд. дом «ОНИКС 21 век»: Мир, 2004. – 272 с.
4. Ершов Ю.А., Плетенева Т.В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. – М.: Медицина, 1989. – 272 с.
5. Kirchgessner M. Underwood memorial lecture. Homeostasis and homeorhesis in trace element metabolism // Trace Elements in
Man and Animals–TEMA8 / Eds M. Anke, D. Meissner, C.F. Mills. Dresden, 1993. – P. 421.
6. Goyer R.A. Toxic and essential metal interactions // An. Rev. Nutr. – 1997. – N. 17. – P. 3750.
7. Нотова С.В. Экологофизиологическое обоснование корригирующего влияния элементного статуса на фундаменталь
ные резервы организма человека // Дисс. на соиск. уч. степени доктора медицин. наук. – Москва, 2005. – 314 с.
8. Breniner I. Metabolic interaction of trace elements // J. Inorg. Biochem. – 1991. – Vol. 43. – N 2/3. P. 282.
9. Петрухин И.В. Корма и кормовые добавки. М.: Росагропромиздат, 1989. – 526с.
10. Лакин Г.Ф. Биометрия. – М.: Высшая школа, 1990. – 352 с.
11. Околелова Т.М., Румянцев С.Д., Кулаков А.В. и др. Корма и биологически активные добавки для птицы. – М.: Колос,
1999. – 96 с.
12. Зернов В.С., Казаков В.С. Рост и обмен веществ у молодняка свиней под влиянием целловиридина Г3х // Сельхоз.
биология. – 1985. – №12. –С. 6769.
13. Мирошников С.А. Действие мультиэнзимных композиций на обмен веществ и использование энергии корма в организ
ме птицы / Дисс… доктор биологических наук – Оренбург, 2002. – 315 с.
14. Мирошников С.А., Кван О.В., Дерябин Д.Г., Нотова С.В. Влияние перорального приема препарата Bifidobacterium
Longum на величину эндогенных потерь ионов тяжелых металлов // Вестник Оренбургского государственного универ
ситета. – 2005. – №2 (Биоэлементология). – С. 4446.
15. Суханова О.Н. Влияние антибиотического и пробиотического препаратов на продуктивность и обмен минеральных
веществ в организме курнесушек на фоне энзимсодержащих диет / Дисс. на соиск. уч. степени кандидата биологических.
наук. – Оренбург, 2007. – 121 с.
ВЕСТНИК ОГУ №12/ДЕКАБРЬ`2008
75